离子膜烧碱淡盐水回收利用技术

Posted 2023-01-13 盐水

篇首语：不要在乎别人的眼光，这样我们会生不如死。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了离子膜烧碱淡盐水回收利用技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

氯碱工业作为生产烧碱、氯气和氢气的基础化学工业，发展至今已有100 多年的历史，其产品广泛应用于棉纺、化纤、医药、造纸、印染、冶炼和食品等工业，在国民经济中占有重要的地位。烧碱制造的生产技术大致经历了苛化法、水银电解法、隔膜电解法和离子膜电解法等四种技术历程。其中，苛化法的生产所需原材料为纯碱，价格昂贵，供应紧张，目前国内已基本淘汰。水银法由于环保问题国内也完全淘汰，欧洲等国尚有部分装置在运行。目前，国内烧碱企业大多采用隔膜法和离子膜法。隔膜法亦存在能耗高，烧碱质量差，石棉绒环保处理难等缺点，此类方法的应用大幅度萎缩。离子膜电解制碱是20 世纪70 年代中期出现的具有划时代意义的电解制碱技术，已被世界公认为技术最先进和经济上最合理的氢氧化钠生产方法。与传统的隔膜法制碱法相比，离子膜电解制碱具有能耗低、出槽液碱纯度高、氯气纯度高、氢气纯度高、安全系数高、生产工艺环保等优点，同时，离子膜具有较稳定的化学性能，几乎无污染和毒害。

离子膜制碱法在生产过程中会副产大量的淡盐水，其中NaCl 的质量浓度达到200 g /L 左右。由于氯碱行业是资源和资本密集型的基础原材料产业，随着市场竞争力度的加大，原材料价格上升，因此提高资源利用率、降低生产成本是提高氯碱企业核心竞争力的关键措施。显而易见，对淡盐水进行回收利用，具有重大的意义。

1 淡盐水的产生及特征

淡盐水是盐水电解后的产物，由于淡盐水中NaCl 浓度较低，电解效率低，电耗升高，而且电解出的产品浓度低，严重损害离子膜。因此，在离子膜法制碱工艺中，淡盐水必须定期外排。如果对于氯碱行业淡盐水不进行回收处理，将造成资源的浪费和环境的污染。

离子膜淡盐水具有以下几个特征:

(1) 温度较高，脱氯淡盐水约75 ℃，经膜法除硝处理的部分淡盐水与未处理的淡盐水混合后约60 ℃;

(2) 氯化钠浓度在180 ～ 200 g /L 范围内，常压条件下沸点约为103. 5 ℃;

(3) 较为纯净，Ca2 +、Mg2 + 等杂质含量小于4×10-5 mg /L;

(4) 腐蚀性强。

2 淡盐水的回收利用技术

对于离子膜制碱工艺，淡盐水回收利用是技术关键。对淡盐水的回收利用，就是进行浓缩处理，使淡盐水接近饱和。处理淡盐水接近饱和主要有两种方法，一种是去掉水分，另外一种是加盐。去掉水分的方式有膜过滤技术、多效蒸发技术以及机械蒸汽再压缩(MVR) 技术。

(1) 膜过滤。膜过滤的原理是利用一种只允许水分子通过的膜，过滤去掉一部分水，从而得到饱和的氯化钠溶液。这种方法虽然能耗低，但广泛应用在氯碱行业之前还有许多技术难题需要突破，其研究进展值得关注。

(2) 多效蒸发。这种方法需要以蒸汽为能源，通过消耗蒸汽来达到浓缩的目的，最后一效的二次汽需要用循环水进行冷却。多效蒸发已经是制盐行业普遍采用的一种方法。

多效蒸发技术是将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率，多用于水溶液的处理。在三效蒸发操作的流程中，第一个蒸发器(称为第一效) 以生蒸汽作为加热蒸汽，其余两个(称为第二效、第三效)均以其前一效的二次蒸汽作为加热蒸汽，从而可大幅度减少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽温度总是低于其加热蒸汽，故多效蒸发时各效的操作压力及溶液沸腾温度沿蒸汽流动方向依次降低。依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为:①并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于后效，料液可借压差流动。但末效溶液浓度高而温度低，溶液粘度大，因此传热系数低。②逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对粘度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出，这种流程适用于有晶体析出的料液。

在生蒸汽温度与末效冷凝器温度相同(即总温度差相同)条件下，将单效蒸发改为多效蒸发时，蒸发器效数增加，生蒸汽用量减少，但总蒸发量不仅不增加，反而因温度差损失增加而有所下降。多效蒸发节省能耗，但降低设备的生产强度，因而增加设备投资。在实际生产中，应综合考虑能耗和设备投资，选定最佳的效数。烧碱等电解质溶液的蒸发，因其温度差损失大，通常只采用2 ～ 3 效; 食糖等非电解质溶液，温度差损失小，可用到4 ～ 6 效; 海水淡化所蒸发的水量大，在采取了各种减少温度差损失的措施后，可采用20 ～ 30 效。但是，对于氯碱行业淡盐水的蒸发浓缩上，目前工业上普遍采用的是3 ～ 5 效，而且蒸发器效数越多，投资越大。

(3) MVR技术。MVR是国际上一种先进的热泵技术，将淡盐水浓缩至饱和，达到进离子膜电解槽的要求。

MVR(mechanical Vapor recompression) 是重新利用蒸发浓缩过程产生的二次蒸汽的冷凝潜热，从而减少蒸发浓缩过程对外界能源需求的一项先进节能技术。早在20 世纪60 年代，德国和法国已成功的将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。MVR的工作原理是将低温位的二次蒸汽经蒸汽再压缩机压缩，以提高温度、压力和热焓，然后再进入蒸发器冷凝供热，以充分利用蒸汽的潜热。这样，原来要排放的废蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潜热，提高了热效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR系统除开车启动外，正常运行后整个蒸发过程无需生蒸汽。

由于膜过滤技术仍处于开发阶段，还未见到相关的文献报道，因此在后文的比较中暂不考虑。多效蒸发、机械蒸汽再压缩(MVR) 蒸发工艺比较见表1 (按配套15 万t /a 离子膜烧碱装置) 。

3 生产成本比较

假定体积不变，按15 万t /a(8000 h /a) 离子膜烧碱规模进行计算比较。。

(1) 三效蒸发浓缩技术

15 万t 氯碱生产线每小时约需从淡盐水中蒸发60 t 水才能满足工艺要求。

采用三效蒸发设备所需的综合能耗为:按每蒸发1 t 水约消耗0. 4 t 蒸汽、1 t 煤产生约4 t 蒸汽，按照煤的折标系数为0. 7143 计算，则年消耗标准煤为:

60×0. 1×0. 7143×8000 = 4. 29 t 标煤/h

按照每t 标煤的价格500 元来计算，合计成本为:

4. 29×500 = 2145 元/h

(2) MVR技术

采用MVR技术所需的综合能耗为:按每蒸发1 t 水约消耗36 度电，按照1 t 煤产生3000 度计算，则需要能耗为:

60×36 ÷ 3000 = 0. 72 t 标煤/h

按照每t 标煤的价格500 元来计算，合计成本为:

0. 72×500 = 360 元/h

通过比较得出结论，采用MVR技术浓缩淡盐水的成本低于三效蒸发浓缩技术。

4 结语

由于氯碱工业的发展仍然是依靠资源的高投入、高消耗来推动，使得我国资源瓶颈和环境问题日益突出，因此淡盐水的回收利用是一项具有非常重大意义的举措。MVR技术是目前最低成本的淡盐水浓缩技术，该技术的发展将会为国内氯碱行业带来一次技术突破，为各企业节约能源，降低成本，增加产品竞争力，具有良好的社会效益。